目前，超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环普遍采用印刷电路板换热器（PCHE）来保证其相对其他能量转换循环的紧凑性优势。PCHE芯体为整体结构，若内部出现泄漏或结垢等问题，很难进行维护与检修。本文提出了一种微管壳式换热器（MSTE），其结构与传统管壳式换热器类似，但其管径缩小至微通道级。由于MSTE的流道横截面积占总截面积之比较PCHE大，在典型的回热器与冷却器设计工况下，相对PCHE而言，采用MSTE可将体积与质量均减小30%以上。灵敏性分析结果显示，采用本文设计的MSTE结构的回热器与冷却器，回热器冷热流道入口温度升高20 ℃左右，压缩机入口温度变化均不超过1 ℃，说明该种结构换热器的换热能力足够支撑能量转换循环的一般工况波动。

以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象，以核电站为应用背景，详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法，并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响，分析结果表明，循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异，其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效，需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO₂系统的优化设计。

为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性，获得流动堵塞致传热恶化的触发边界，以提高板状燃料反应堆的运行安全性，以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象，基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类，采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明：非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%，流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果，可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。